JP2016142997A - 焦点調節装置、撮像装置、焦点調節装置の制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッドＡＦ方式による焦点調節の速度や精度の低下を抑制する技術を提供する。
【解決手段】被写体が合焦するように撮像手段の焦点調節を行う焦点調節手段と、前記焦点調節の間に、前記焦点調節手段で用いる焦点調節方式を、一対の被写体像の位相差に基づく位相差方式と、被写体像のコントラストに基づくコントラスト方式との間で切り替える切り替え手段と、を備え、前記切り替え手段は、前記位相差方式から前記コントラスト方式への切り替えが行われた回数が閾値以上の場合、前記コントラスト方式から前記位相差方式への切り替えを禁止することを特徴とする焦点調節装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、焦点調節装置、撮像装置、焦点調節装置の制御方法、及びプログラムに関する。

撮像装置の焦点調節のための一般的なＡＦ方式として、コントラストＡＦ方式と位相差ＡＦ方式とがある。コントラストＡＦ方式は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラで多く用いられるＡＦ方式であり、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられるものである。コントラストＡＦ方式は、撮像素子の出力信号、特に高周波成分のコントラスト情報に着目し、ＡＦ評価値が最も大きくなるフォーカスレンズの位置を合焦位置とするＡＦ方式である。しかし、コントラストＡＦ方式では、山登り方式とも言われるように、フォーカスレンズの光軸方向の位置を微少量だけ移動させながらＡＦ評価値を求め、そのＡＦ評価値が結果的に最大であったと分かるまでフォーカスレンズを移動させることが必要である。そのため、コントラストＡＦ方式は、高速な焦点検出動作には不向きとされている。

一方、位相差ＡＦ方式は、一眼レフカメラに多く用いられるＡＦ方式である。例えば、デジタル一眼レフカメラでは、２次結像光学系からなる焦点検出手段により位相差検出が行われる。焦点検出手段は、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を２つの領域に分割する瞳分割手段を備え、２分割された光束はミラーボックス内に配置された光路分割手段を介して、２次結像光学系により一組の焦点検出用センサ上に結像する。そして、その焦点検出用センサの受光量に応じて出力される信号のずれ量、即ち瞳分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで、撮影光学系のピント方向のずれ量を直接的に求める。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行えば、ピントずれの量と方向とが同時に得られ、高速な焦点調節動作が可能となる。焦点検出した後の撮影時には、光路分割手段を撮影光束外へ退避させ、撮像素子への露光を行って画像を撮影する。

また、撮像素子を用いた位相差ＡＦ方式（撮像面位相差ＡＦ方式）も知られている。撮像面位相差ＡＦ方式では、撮像素子にある撮像画素をマイクロレンズで瞳分割して焦点検出画素とする。そして、複数の焦点検出画素で光束を受光することで、撮像を行うと同時に焦点検出を行う。

特許文献１には、１つの画素の中にある１つのマイクロレンズで集光されるフォトダイオードを分割することによって、各々のフォトダイオードが撮像レンズの異なる瞳面の光を受光するようにする技術が開示されている。これによって、２つのフォトダイオードの出力を比較することで撮像面位相差検出が可能となる。

特許文献２には、撮像素子の一部の受光用画素において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させて瞳分割機能を付与する技術が開示されている。これらの画素を焦点検出用画素とし、撮影用画素群の間に所定の間隔で配置することで、撮像面位相差検出を行う。ここで、焦点検出用画素が配置された箇所は撮影用画素の欠損部に相当するため、この箇所については周辺の撮影用画素情報から補間して画像情報を生成している。撮像面位相差ＡＦ方式では、撮像面で位相差検出を行うことができるため、電子ファインダ観察時や動画撮影時でも、高速かつ高精度な焦点調節を行うことができる。

また、特許文献３には、撮像面位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式のお互いの長所を活かして高速かつ高精度な焦点調節を可能としたＡＦ方式として、ハイブリッドＡＦ方式が開示されている。

特開２００１−０８３４０７号公報 特開２００９−００３１２２号公報 特開２０１３−２５４１６６号公報

ハイブリッドＡＦ方式においては、撮像面位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式とを切り替える条件が、焦点調節の速度や精度に影響を与える。条件設定が適切でない場合、撮像面位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式との間の状態遷移が頻繁に繰り返され、焦点調節の速度や精度が低下する可能性がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ハイブリッドＡＦ方式による焦点調節の速度や精度の低下を抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、被写体が合焦するように撮像手段の焦点調節を行う焦点調節手段と、前記焦点調節の間に、前記焦点調節手段で用いる焦点調節方式を、一対の被写体像の位相差に基づく位相差方式と、被写体像のコントラストに基づくコントラスト方式との間で切り替える切り替え手段と、を備え、前記切り替え手段は、前記位相差方式から前記コントラスト方式への切り替えが行われた回数が閾値以上の場合、前記コントラスト方式から前記位相差方式への切り替えを禁止することを特徴とする焦点調節装置を提供する。

なお、その他の本発明の特徴は、添付図面及び以下の発明を実施するための形態における記載によって更に明らかになるものである。

本発明によれば、ハイブリッドＡＦ方式による焦点調節の速度や精度の低下を抑制することが可能となる。

第１及び第２の実施形態に係るデジタルカメラ１５０のブロック図。 第１の実施形態に係る、カメラＭＰＵ１２５が実行するワンショットＡＦ動作のフローチャート。 図２のＳ２０９及び図５のＳ５０９におけるハイブリッドＡＦ制御の詳細を示すフローチャート。 （ａ）第１の実施形態に係るハイブリッドＡＦ制御の具体例を示す図、（ｂ）図３のＳ３０５が存在せず処理がＳ３０４からＳ３０６へ遷移すると仮定した場合のハイブリッドＡＦ制御の具体例を示す図。 第２の実施形態に係る、カメラＭＰＵ１２５が実行するコンティニュアスＡＦ動作におけるハイブリッドＡＦ制御を説明するためのフローチャート。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが、本発明に必須とは限らない。

［第１の実施形態］
本発明の焦点調節装置をレンズ交換可能な一眼レフタイプのデジタルカメラ（撮像装置）に適用した実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係るデジタルカメラ１５０のブロック図である。デジタルカメラ１５０は交換レンズ式一眼レフカメラであり、レンズユニット１００とカメラ本体１２０とを有する。レンズユニット１００は、図１の中央の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０と接続される。

デジタルカメラ１５０は、撮像面で取得した一対の被写体像の位相差に基づく位相差方式の焦点調節（撮像面位相差ＡＦ）とコントラスト方式の焦点調節（コントラストＡＦ）とを組み合わせたハイブリッドＡＦを実行可能なように構成されている。撮像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとはいずれも撮像面上の情報に基づくため、非撮像面の位相差ＡＦとコントラストＡＦとを組み合わせるよりも焦点検出精度を向上することができる。しかしながら、本実施形態のハイブリッドＡＦの位相差ＡＦは、撮像面位相差ＡＦに限定されない。以下の説明において、撮像面位相差ＡＦのことを単に位相差ＡＦと呼ぶ場合もある。

レンズユニット１００は、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、及びフォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ１０４」という）を有する。このように、レンズユニット１００は、フォーカスレンズ１０４を含むと共に、被写体の像を形成する撮影光学系を有する。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行う他、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとして機能する。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は、一体として光軸方向ＯＡに進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向ＯＡでの進退により焦点調節を行う。

レンズユニット１００はまた、ズームアクチュエータ１１１、絞りシャッタアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、及びフォーカス駆動回路１１６を有する。更に、レンズユニット１００は、レンズＭＰＵ１１７及びレンズメモリ１１８を有する。

ズームアクチュエータ１１１は、第１レンズ群１０１や第２レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに進退駆動し、ズーム操作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行う。フォーカスアクチュエータ１１３には、フォーカスレンズ１０４の現在位置を検出する位置検出機能が備わっている。

ズーム駆動回路１１４は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。シャッタ駆動回路１１５は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。フォーカス駆動回路１１６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１３を駆動制御し、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行う。

レンズＭＰＵ１１７は、撮像素子１２２上に被写体像を結像させる撮影光学系に係る演算及び制御を行い、ズーム駆動回路１１４、シャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、及びレンズメモリ１１８を制御する。また、レンズＭＰＵ１１７は、現在のレンズ位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。レンズメモリ１１８は、自動焦点調節に必要な光学情報を記憶する。

カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、及び撮像素子１２２を有する。光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する。撮像素子１２２は、Ｃ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成され、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に１つの光電変換素子が配置される。撮像素子１２２は、全画素の独立な出力が可能なように構成されている。また、一部の画素が焦点検出用画素となっており、撮像面で位相差方式の焦点検出が可能となっている。

より具体的には、撮像素子１２２は、被写体の像を形成する撮影光学系の射出瞳の全域を通る光束を各々が受光して被写体の像を生成する、複数の撮影用画素を有する。また、撮像素子１２２は、各々が撮影光学系の異なる射出瞳の領域を通る光束を受光する、複数の焦点検出用画素を更に有する。複数の焦点検出用画素は、全体として撮影光学系の射出瞳の全域を通る光束を受光することができる。例えば、撮像素子１２２は、２行×２列の画素のうち、対角に配置される一対のＧ画素は撮影用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。

なお、本実施形態では、撮影用画素の一部を焦点検出用画素に置き換えることによって撮像面での位相差方式の焦点検出を実現しているが、この方式に限定されない。例えば、特許文献１のように、１つの画素に２つのフォトダイオードを保持し、光束をマイクロレンズで分離し、この２つのフォトダイオードで結像することで、撮影用と焦点検出用の２つの信号が取り出せるようにした方式でもよい。

カメラ本体１２０はまた、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ群１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、及びＴＶＡＦ焦点検出部１３０を有する。

撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２の動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してカメラＭＰＵ１２５に送信する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮などを行う。

カメラＭＰＵ１２５は、カメラ本体１２０に係る演算及び制御を行い、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作スイッチ群１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、及びＴＶＡＦ焦点検出部１３０を制御する。

カメラＭＰＵ１２５は、マウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続され、レンズＭＰＵ１１７からレンズ位置を取得したり、レンズＭＰＵ１１７に対して所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行したりする。また、カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７からレンズユニット１００に固有の光学情報を取得する。

カメラＭＰＵ１２５には、カメラ動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ１２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ１２５ｂ、諸パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。更に、カメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納したプログラムにより焦点検出処理を実行する。焦点検出処理の詳細は後述する。また、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦにおいて、焦点検出位置の像高が大きい時にケラレの影響が大きく信頼度が低下するため、その補正も行う。

表示器１２６は、ＬＣＤなどから構成され、カメラ本体１２０の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作スイッチ群１２７は、電源スイッチ、レリーズスイッチ（焦点調節動作トリガ）、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。本実施形態のメモリ１２８は、着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済み画像を記録する。

撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像素子１２２に埋め込まれた焦点検出用画素の像信号により位相差方式での焦点検出処理を行う。より具体的には、撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像光学系の一対の瞳領域を通過する光束により焦点検出用画素に形成される一対の像のずれ量に基づいて焦点検出を行い、評価値（位相差焦点評価値）を生成する。カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９が生成した位相差焦点評価値に基づき、撮像面位相差ＡＦを行う。撮像面位相差ＡＦの原理は、特許文献２の図５〜図７、及び図１６などにおいて説明されているものと同様である。

ＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、画像処理回路１２４にて得られた画像情報のコントラスト成分によりコントラスト方式での焦点検出処理を行い、評価値（コントラスト焦点評価値）を生成する。コントラスト方式の焦点検出処理は、フォーカスレンズ１０４を移動してコントラスト焦点評価値がピークとなるフォーカスレンズ１０４の位置を検出する。

以下、図２及び図３を参照して、カメラＭＰＵ１２５が実行する焦点調節処理について説明する。図２は、カメラＭＰＵ１２５が実行するワンショットＡＦ動作のフローチャートである。本フローチャートの各ステップの処理は、特に断らない限り、カメラＭＰＵ１２５がＲＡＭ１２５ｂをワークメモリとして用いてＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムを実行することにより実現される。

Ｓ２００で、カメラＭＰＵ１２５は、連続的に焦点調節動作を行って、ワンショットＡＦ動作に備えるためのコンティニュアスＡＦ動作を行う。ここでは、撮像素子１２２への露光及び撮像面位相差ＡＦやコントラストＡＦに用いる焦点評価値の取得、フォーカスレンズ１０４の駆動などの処理を連続的に行っているが、詳細な説明は省略する。

次に、Ｓ２０１で、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７のレリーズスイッチが押されたかどうか、即ち、焦点調節動作トリガが発行されたかどうかを判断する。レリーズスイッチが押されていない場合、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２００のコンティニュアスＡＦ動作を継続する。レリーズスイッチが押された場合、処理はＳ２０２に進む。

Ｓ２０２で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２００のコンティニュアスＡＦ処理の際に撮像面位相差焦点検出部１２９から取得した最新の位相差焦点評価値の信頼性が高いかどうかを判断する。信頼性が高い場合、この位相差焦点評価値が位相差ＡＦ方式のために使用可能であると考えられる。この信頼性は、撮像面位相差ＡＦの結果として得られる一対の像の一致度及びコントラストのうちの少なくとも一方の情報を含むものである。信頼性が高いと判断された場合、処理はＳ２０３に進み、そうでない場合、処理はＳ２０４に進む。

Ｓ２０３で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差焦点評価値の像ずれ量（以下、「デフォーカス量」と呼ぶ）に基づいてフォーカスレンズ１０４の駆動量を算出すると共に、フォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。

Ｓ２０４で、カメラＭＰＵ１２５は、コントラストＡＦ方式でのスキャン動作に備えてスキャン開始位置を算出し、スキャン開始位置を目標位置としてフォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。

Ｓ２０５で、カメラＭＰＵ１２５は、ワンショットＡＦ動作の高速化のために、撮像素子１２２の駆動モードを切り替えて高速フレームレートモードとする。Ｓ２０６で、カメラＭＰＵ１２５は、焦点調節に適した焦点評価値が得られるように露出制御を行う。

Ｓ２０７で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２０３又はＳ２０４で駆動を開始したフォーカスレンズ１０４が目標位置に到達するまで待機する。フォーカスレンズ１０４が目標位置に到達すると、処理はＳ２０８に進む。Ｓ２０８で、カメラＭＰＵ１２５は、現在のフォーカスレンズ位置で露光した画像の焦点評価値が出力されるまで待機する。焦点評価値が出力されると、処理はＳ２０９に進む。

Ｓ２０９で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式によるハイブリッドＡＦ制御を行う。ここでの詳細な説明は図３を参照して説明する。これにより、ワンショットＡＦ動作が完了する。

図３は、図２のＳ２０９におけるハイブリッドＡＦ制御の詳細を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、１枚の画像が撮像されるごとに行われる。本フローチャートの各ステップの処理は、特に断らない限り、カメラＭＰＵ１２５がＲＡＭ１２５ｂをワークメモリとして用いてＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムを実行することにより実現される。

Ｓ３００で、カメラＭＰＵ１２５は、後述の位相差焦点評価値による連続したフォーカスレンズ１０４の駆動の完了回数を表す位相差駆動完了カウンタを初期化する。Ｓ３０１で、カメラＭＰＵ１２５は、後述の位相差焦点評価値によるフォーカスレンズ１０４の駆動中であることを表す位相差駆動中フラグを初期化する。

Ｓ３０２で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子１２２への露光を行う。Ｓ３０３で、カメラＭＰＵ１２５は、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０からコントラスト焦点評価値を取得する。Ｓ３０４で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９から位相差焦点評価値を取得する。

Ｓ３０５で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差駆動完了カウンタが予め設定された閾値未満であるかどうかを判断する。位相差駆動完了カウンタが閾値未満の場合、処理はＳ３０６に進み、そうでない場合、処理はＳ３１５に進む。詳細は後述するが、コントラストＡＦ方式から撮像面位相差ＡＦ方式への切り替えは、Ｓ３１０において行われる。従って、位相差駆動完了カウンタが閾値以上の場合、処理がＳ３１０に到達することはなく、コントラストＡＦ方式から撮像面位相差ＡＦ方式への切り替えが禁止される。これにより、焦点調節方式の頻繁な切り替え（コントラストＡＦ方式と撮像面位相差ＡＦ方式との間の頻繁な状態遷移）を回避することができる。なお、ここでの閾値は、レンズユニット１００の駆動特性（特に、フォーカスレンズ１０４の駆動特性）やＡＦモード等によって適切な値を設定することが可能である。即ち、カメラＭＰＵ１２５は、レンズユニット１００の駆動特性などに応じて位相差駆動完了カウンタの閾値を変化させてもよい。

Ｓ３０６で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ３０４において撮像面位相差焦点検出部１２９から取得した位相差焦点評価値の信頼性が高いかどうかを判断する。信頼性が高い場合、この位相差焦点評価値が位相差ＡＦ方式のために使用可能であると考えられる。この信頼性は、撮像面位相差ＡＦの結果として得られる一対の像の一致度及びコントラストのうちの少なくとも一方の情報を含むものである。信頼性が高いと判断された場合、処理はＳ３０７に進み、そうでない場合、処理はＳ３１２に進む。

Ｓ３０７で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差焦点評価値のデフォーカス量が焦点深度内であるかどうかを判断する。デフォーカス量が焦点深度内であると判断された場合、カメラＭＰＵ１２５は、被写体に合焦させることができたと判断してハイブリッドＡＦ制御を終了する。デフォーカス量が焦点深度内でないと判断された場合、処理はＳ３１０に進む。

Ｓ３１０で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差駆動中フラグをセットする。即ち、コントラストＡＦの実行中（位相差駆動中フラグがクリア状態）にＳ３１０の処理が行われた場合、コントラストＡＦ方式から撮像面位相差ＡＦ方式への切り替えが行われる。Ｓ３１１で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差焦点評価値のデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４の駆動量を算出すると共に、フォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズを駆動する。その後、処理はＳ３０２に戻る。

Ｓ３０６において位相差焦点評価値の信頼性が低いと判断された場合、Ｓ３１２で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差駆動中フラグがセットされているかどうか（即ち、カメラＭＰＵ１２５が撮像面位相差ＡＦ方式で動作中かどうか）を判断する。位相差駆動中フラグがセットされている場合、処理はＳ３１３に進む。そうでない場合、処理はＳ３１５に進み、コントラストＡＦが実行される（即ち、カメラＭＰＵ１２５はコントラストＡＦ方式での動作を継続する）。

Ｓ３１３で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差駆動完了カウンタをインクリメントする。この処理により、撮像面位相差ＡＦ方式からコントラストＡＦ方式に移行した回数を管理することができる。Ｓ３１４で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差駆動中フラグをクリアする。即ち、Ｓ３１４の処理により、撮像面位相差ＡＦ方式からコントラストＡＦ方式への切り替えが行われる。その後、処理はＳ３１５に進み、コントラストＡＦが実行される。

Ｓ３１５の処理は、Ｓ３０５、Ｓ３１２、又はＳ３１４の処理に続いて行われる。Ｓ３１５で、カメラＭＰＵ１２５は、コントラスト焦点評価値のピークが検出されたかどうかを判断する。なお、ピークの検出は、コントラスト焦点評価値の上昇及び下降に基づいて判断することが一般的であるが、コントラスト焦点評価値の変動量や変動回数等については任意であり、ここでの詳細な説明は省略する。ピークが検出された場合、処理はＳ３１６に進み、そうでない場合、処理はＳ３１９に進む。

Ｓ３１６で、カメラＭＰＵ１２５は、コントラスト焦点評価値のピークに対応するフォーカスレンズ位置（ピーク位置）を算出し、ピーク位置を目標位置としてフォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。フォーカスレンズ１０４が目標位置に到達した後、カメラＭＰＵ１２５は、被写体に合焦させることができたと判断してハイブリッドＡＦ制御を終了する。

Ｓ３１９で、カメラＭＰＵ１２５は、コントラストＡＦのスキャン動作を完了すべきかどうかを判断する。なお、スキャン完了の条件としては、例えば、至近端から無限端までスキャンしたにもかかわらずピークが検出できなかった場合などが考えられるが、他の判断によるものでも構わない。スキャン動作を完了すべきと判断された場合、処理はＳ３２０に進み、そうでない場合、処理はＳ３２３に進む。

Ｓ３２０で、カメラＭＰＵ１２５は、予め決められた定点位置を目標位置としてフォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。フォーカスレンズ１０４が目標位置に到達した後、カメラＭＰＵ１２５は、被写体に合焦させることができなかったと判断してハイブリッドＡＦ制御を終了する。なお、ここでの目標位置は予め決められた定点位置としたが、現在位置を含む任意の位置として構わない。

Ｓ３２３で、カメラＭＰＵ１２５は、焦点深度やコントラスト焦点評価値の合焦度等に基づいてフォーカスレンズ１０４の駆動量を算出すると共に、フォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。ここでは、カメラＭＰＵ１２５は、必要に応じてスキャン方向の反転も行う。その後、処理はＳ３０２に戻る。

次に、図４を参照して、第１の実施形態に係るハイブリッドＡＦ制御の具体例及び効果を説明する。図４（ａ）は、第１の実施形態に係るハイブリッドＡＦ制御の具体例を示し、図４（ｂ）は、図３のＳ３０５が存在せず処理がＳ３０４からＳ３０６へ遷移すると仮定した場合のハイブリッドＡＦ制御の具体例を示す。図４の説明において、位相差駆動完了カウンタの閾値は１であるものとする。また、図２のＳ２０２において位相差焦点評価値の信頼性が低いと判断され、Ｓ２０４の先行駆動によりフォーカスレンズ１０４が至近側へ先行駆動されたものとする。

最初に、図４（ａ）を参照する。ハイブリッドＡＦ制御の開始時は、位相差駆動完了カウンタは０であり、位相差駆動中フラグはクリア状態であり、位相差焦点評価値の信頼性は低い。従って、図３において、処理はＳ３０５、Ｓ３０６、Ｓ３１２、Ｓ３１５、及びＳ３１９を経て、Ｓ３２３に到達し、スキャン駆動（コントラストＡＦ）が実行される。この状態を、図４（ａ）において「（１）」で示す。スキャン駆動の結果、位相差焦点評価値の信頼性が高くなる（即ち、位相差焦点評価値が使用可能になる）が、この時点では、デフォーカス量は焦点深度内ではない。そのため、処理はＳ３０６、Ｓ３０７、及びＳ３１０を経て、Ｓ３１１に到達し、デフォーカス量に基づく駆動（撮像面位相差ＡＦ）が行われる。しかしながら、例えばフォーカスレンズ１０４の駆動特性が原因で、フォーカスレンズ１０４が必要以上に移動して合焦位置を通過してしまう。この状態を、図４（ａ）において「（２）」で示す。デフォーカス量に基づく駆動の結果、位相差焦点評価値の信頼性が低くなる（即ち、位相差焦点評価値が使用可能でない状態になる）。そのため、処理はＳ３０６及びＳ３１２を経て、Ｓ３１３に到達し、位相差駆動完了カウンタが１になる。続いて、処理はＳ３１４、Ｓ３１５、及びＳ３１９を経て、Ｓ３２３に到達し、スキャン駆動（コントラストＡＦ）が実行される。この状態を、図４（ａ）において「（３）」及び「（４）」で示す。スキャン駆動の結果、位相差焦点評価値の信頼性が高くなる（即ち、位相差焦点評価値が使用可能になる）が、今回は位相差駆動完了カウンタが閾値に到達しているため、撮像面位相差ＡＦ方式への切り替えは行われない。そのため、スキャン駆動の途中で、コントラスト焦点評価値のピークが検出される。その結果、処理はＳ３１５を経てＳ３１６に到達し、フォーカスレンズ１０４はピーク位置へ駆動される。この状態を、図４（ａ）において「（５）」で示す。

次に、図４（ｂ）を参照する。図４（ｂ）において、「（１）」から「（３）」までは図４（ａ）と同様である。図４（ｂ）の例では、図３のＳ３０５が存在せず処理がＳ３０４からＳ３０６へ遷移するため、「（４）」に示すスキャン駆動の途中で再びコントラストＡＦ方式から撮像面位相差ＡＦ方式への切り替えが行われる。しかしながら、「（２）」と同様、フォーカスレンズ１０４が必要以上に移動して合焦位置を通過してしまう。この状態を、図４（ｂ）において「（５）」で示す。その後、再び撮像面位相差ＡＦ方式からコントラストＡＦ方式への切り替えが行われる。この状態を、図４（ｂ）において「（６）」で示す。

図４（ｂ）の具体例から理解できるように、図３のＳ３０５が存在せず処理がＳ３０４からＳ３０６へ遷移する場合、コントラストＡＦ方式と撮像面位相差ＡＦ方式との間の状態遷移が繰り返される。その結果、被写体に合焦しなかったり、合焦に時間がかかったりする可能性がある。これに対し、図４（ａ）の具体例から理解できるように、本実施形態のハイブリッドＡＦ制御によれば、コントラストＡＦ方式と撮像面位相差ＡＦ方式との間の頻繁な状態遷移を回避することができ、焦点調節の速度や精度の低下が抑制される。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、デジタルカメラ１５０は、撮像面位相差ＡＦ方式からコントラストＡＦ方式への切り替えが行われた回数をカウントする。デジタルカメラ１５０は、切り替え回数が閾値以上の場合、コントラストＡＦ方式から撮像面位相差ＡＦ方式への切り替えを抑制する。これにより、ハイブリッドＡＦ方式による焦点調節の速度や精度の低下を抑制することが可能となる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、１枚撮影時のワンショットＡＦ動作におけるハイブリッドＡＦ制御について説明した。これに対し、第２の実施形態では、被写体の合焦状態を維持するように焦点調節動作を自動的に繰り返すコンティニュアスＡＦ動作やサーボＡＦ動作におけるハイブリッドＡＦ制御について説明する。第２の実施形態において、デジタルカメラ１５０の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である（図１参照）。以下、主に第１の実施形態と異なる点について説明する。

図５は、第２の実施形態に係る、カメラＭＰＵ１２５が実行するコンティニュアスＡＦ動作におけるハイブリッドＡＦ制御を説明するためのフローチャートである。本フローチャートの各ステップの処理は、特に断らない限り、カメラＭＰＵ１２５がＲＡＭ１２５ｂをワークメモリとして用いてＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムを実行することにより実現される。

Ｓ５００で、カメラＭＰＵ１２５は、コンティニュアスＡＦを行うために撮像素子１２２の駆動を開始する。Ｓ５０１で、カメラＭＰＵ１２５は、現在のフォーカスレンズ位置で露光した画像の焦点評価値が出力されるまで待機する（Ｓ５０１）。焦点評価値が出力されると、処理はＳ５０２に進む。

Ｓ５０２で、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７のスイッチによりコンティニュアスＡＦの開始指示が実行されたかどうかを判断する。コンティニュアスＡＦの開始指示が実行された場合、処理はＳ５０３に進み、そうでない場合、Ｓ５０２の処理が繰り返される。

Ｓ５０３で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子１２２への露光を行う。Ｓ５０４で、カメラＭＰＵ１２５は、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０からコントラスト焦点評価値を取得する。Ｓ５０５で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９から位相差焦点評価値を取得する。

Ｓ５０６で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ５０５において撮像面位相差焦点検出部１２９から取得した位相差焦点評価値の信頼性が高いかどうかを判断する。信頼性が高い場合、この位相差焦点評価値が位相差ＡＦ方式のために使用可能であると考えられる。この信頼性は、撮像面位相差ＡＦの結果として得られる一対の像の一致度及びコントラストのうちの少なくとも一方の情報を含むものである。信頼性が高いと判断された場合、処理はＳ５０７に進み、そうでない場合、処理はＳ５０８に進む。

Ｓ５０７で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差焦点評価値のデフォーカス量が焦点深度外であるかどうかを判断する。デフォーカス量が焦点深度外であると判断された場合、処理はＳ５０９に進み、そうでない場合、処理はＳ５１１に進む。

Ｓ５０９で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式によるハイブリッドＡＦ制御を行う。ここでの処理の詳細は、第１の実施形態において図３を参照して説明したものと同様である。但し、図３のＳ３０５における閾値は、第１の実施形態よりも大きくてもよい。即ち、カメラＭＰＵ１２５は、コンティニュアスＡＦ（第１の動作モード）で動作する場合、ワンショットＡＦ（第２の動作モード）の場合よりも、位相差駆動完了カウンタの閾値を大きくしてもよい。また、図３のＳ３００では、位相差駆動完了カウンタが初期化される。従って、コンティニュアスＡＦにおいては、各回の焦点調節ごとに位相差駆動完了カウンタが初期化される。

Ｓ５１０で、カメラＭＰＵ１２５は、次の焦点調節動作に備えて、現在のコントラスト焦点評価値を保存する。その後、処理はＳ５１１に進む。

Ｓ５０６において位相差焦点評価値の信頼性が低いと判断された場合、Ｓ５０８で、カメラＭＰＵ１２５は、コントラスト焦点評価値が前述のＳ５１０で保存したものに対して変動しているかどうかを判断する。なお、コントラスト焦点評価値変動の条件としては、コントラスト焦点評価値の差分により判断することが一般的であるが、コントラスト焦点評価値の変動量や変動回数等については任意であり、ここでの詳細な説明は省略する。コントラスト焦点評価値が変動していると判断された場合、処理はＳ５０９に進み、そうでない場合、処理はＳ５１１に進む。

Ｓ５０７においてデフォーカス量が焦点深度外でないと判断された場合、Ｓ５０８においてコントラスト焦点評価値が変動していないと判断された場合、又はＳ５１０の処理に続いて、Ｓ５１１の処理が実行される。Ｓ５１１で、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７のスイッチによりコンティニュアスＡＦの終了指示が実行されたかどうかを判断する。コンティニュアスＡＦの終了指示が実行された場合、本フローチャートの処理は終了する。そうでない場合、処理はＳ５０３に戻り、同様の処理が繰り返される。

このように、第２の実施形態によれば、焦点調節動作を自動的に繰り返すコンティニュアスＡＦ動作において、ハイブリッドＡＦ方式による焦点調節の速度や精度の低下を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態では、焦点調節動作を自動的に繰り返すＡＦ動作の例としてコンティニュアスＡＦ動作について説明したが、本実施形態の構成は、サーボＡＦなどにも適用可能である。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００…レンズユニット、１０４…フォーカスレンズ、１２０…カメラ本体、１２２…撮像素子、１２５…カメラＭＰＵ、１２９…撮像面位相差焦点検出部、１３０…ＴＶＡＦ焦点検出部、１５０…デジタルカメラ

Claims (9)

1. 被写体が合焦するように撮像手段の焦点調節を行う焦点調節手段と、
   前記焦点調節の間に、前記焦点調節手段で用いる焦点調節方式を、一対の被写体像の位相差に基づく位相差方式と、被写体像のコントラストに基づくコントラスト方式との間で切り替える切り替え手段と、
   を備え、
   前記切り替え手段は、前記位相差方式から前記コントラスト方式への切り替えが行われた回数が閾値以上の場合、前記コントラスト方式から前記位相差方式への切り替えを禁止する
   ことを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記切り替え手段は、前記位相差の信頼性が高い場合、前記コントラスト方式から前記位相差方式への切り替えを行い、前記信頼性が低い場合、前記位相差方式から前記コントラスト方式への切り替えを行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記信頼性は、前記一対の被写体像の一致度及びコントラストのうちの少なくとも一方に基づく
   ことを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
4. 前記焦点調節手段が前記被写体の合焦状態を維持するように前記焦点調節を自動的に繰り返す場合、前記切り替え手段は、各回の前記焦点調節ごとに、前記位相差方式から前記コントラスト方式への切り替えが行われた回数を初期化する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
5. 前記焦点調節手段は、前記被写体の合焦状態を維持するように前記焦点調節を自動的に繰り返す第１の動作モード、又は、当該自動的な繰り返しを行わない第２の動作モードで動作し、
   前記切り替え手段は、前記焦点調節手段が前記第１の動作モードで動作する場合、前記第２の動作モードの場合よりも、前記閾値を大きくする
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
6. 前記焦点調節手段は、前記撮像手段に含まれるフォーカスレンズを駆動することにより前記焦点調節を行い、
   前記切り替え手段は、前記フォーカスレンズの駆動特性に応じて前記閾値を変化させる
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点調節装置と、
   前記撮像手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
8. 焦点調節装置の制御方法であって、
   被写体が合焦するように撮像手段の焦点調節を行う焦点調節工程と、
   前記焦点調節の間に、前記焦点調節工程で用いる焦点調節方式を、一対の被写体像の位相差に基づく位相差方式と、被写体像のコントラストに基づくコントラスト方式との間で切り替える切り替え工程と、
   を備え、
   前記切り替え工程では、前記位相差方式から前記コントラスト方式への切り替えが行われた回数が閾値以上の場合、前記コントラスト方式から前記位相差方式への切り替えを禁止する
   ことを特徴とする焦点調節装置の制御方法。
9. コンピュータを、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点調節装置の各手段として機能させるためのプログラム。

Images